Blockchain-Empowered Decentralized Horizontal Federated Learning for 5G-Enabled UAVs

计算机科学 无人机 认证(法律) 可用性 领域(数学分析) 信息泄露 服务器 联合学习 计算机安全 利用 块链 信息隐私 分布式计算 计算机网络 人机交互 数学分析 生物 遗传学 数学
作者
Chaosheng Feng,Bin Liu,Keping Yu,Sotirios K. Goudos,Shaohua Wan
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:18 (5): 3582-3592 被引量:138
标识
DOI:10.1109/tii.2021.3116132
摘要

Motivated by Industry 4.0, 5G-enabled unmanned aerial vehicles (UAVs; also known as drones) are widely applied in various industries. However, the open nature of 5G networks threatens the safe sharing of data. In particular, privacy leakage can lead to serious losses for users. As a new machine learning paradigm, federated learning (FL) avoids privacy leakage by allowing data models to be shared instead of raw data. Unfortunately, the traditional FL framework is strongly dependent on a centralized aggregation server, which will cause the system to crash if the server is compromised. Unauthorized participants may launch poisoning attacks, thereby reducing the usability of models. In addition, communication barriers hinder collaboration among a large number of cross-domain devices for learning. To address the abovementioned issues, a blockchain-empowered decentralized horizontal FL framework is proposed. The authentication of cross-domain UAVs is accomplished through multisignature smart contracts. Global model updates are computed by using these smart contracts instead of a centralized server. Extensive experimental results show that the proposed scheme achieves high efficiency of cross-domain authentication and good accuracy.

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